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光年是在天文学上用来表示距离的单位,虽然是距离单位,但因其中包含着一个“年”字,常常让人误以为是时间单位,更为有趣的是,光年虽然是距离单位,可我们却能够从中看到时间。

所谓一光年,就是光走一年所经过的距离,而光速为每秒299792458米,相对于任何参考系而言都恒定不变,通常认为我们所在的太阳系半径即为一光年。可见,光年与光速之间存在着密切的关系,而我们所看到的一切又都要依赖于光,这就决定了我们可以通过光年看到时间。举例而言,我们能够看到太阳,是因为太阳发出的光子进入了我们的眼睛,而光子并不会瞬移,它从太阳到我们的眼睛需要时间,这个时间约为8分钟,所以我们看到的太阳即为8分钟以前的太阳,同样,如果太阳此时此刻熄灭,那么我们所看到的仍旧是一个明亮的太阳,直到8分钟以后,它才会消失不见。

遥远的距离赋予了我们穿越时间目视历史的能力,比如当我们仰望夜空中明亮的天狼星时,我们看到的其实是8.6年以前的天狼星,因为它与我们之间的距离达到了8.6光年,而此时此刻正在天狼星上发生的一切,要等到8.6年以后才能映入我们的眼睑。

一光年即为以光速飞行一年所经过的距离,这是我们给“一光年”所做的定义,那么光走一光年,真的需要一年的时间吗?这是一个有趣的问题,因为这个问题的答案并不是唯一的,关键要看是以谁的角度来回答这个问题。站在我们的视角,光走一光年的确需要花费一年的时间,但对于光本身而言,就是另外一回事了,因为这涉及到另外一个问题,就是时间膨胀。

所谓时间膨胀效应就是指时间的流逝速度会因物体的运动速度而发生变化,这又被称之为钟慢效应,钟慢效应并非单纯的理论想象,而是已经通过实验证明,客观存在的现象。

钟慢效应实验会使用一种叫做μ子的轻子,它的运动速度可以达到光速的98%,所以时间膨胀效应非常明显。实验会预先设定起点和终点,由于μ子的半衰期是一个完全确定的时间标尺,即为2.2微秒,所以能够通过起点与终点的距离以及μ子的运动速度计算出到达终点时剩余的μ子数量。然而在真正到达终点时,剩余的μ子要比计算结果多得多,这是因为高速运动使得μ子的时间流逝速度变慢了,所以到达终点时,衰减的数量并没有计算的那么多。我们也可以通过另外一个思想实验来了解时间膨胀效应,那就是双生子佯谬。

双生子佯谬,就是让一对双胞胎,哥哥留在地球上,弟弟坐上接近光速的宇宙飞船离开地球,双胞胎弟弟飞行一圈后回来,哥哥已经是一位苍髯老者,而弟弟还是出发时的样子。

这就是因为随着飞船速度的增加,惯性质量会随之增加,而惯性质量又等效于引力质量,引力质量会引起时空的弯曲,所以飞船内的时间被拉长了,简单来讲就是时间的流逝速度变慢了,所以对于弟弟而言,他只是飞行了一小会。物体的运动速度越快,物体的时间流逝速度就越慢,但一个有质量的物体运动速度再快,也快不过光速,这是因为具有静止质量的物体随着运动速度接近于光速,惯性质量会趋近于无穷大,而继续加速就需要无穷大的能量,宇宙间不存在无穷大的能量,所以自然也无法将有质量的物体推进到光速。

因为宇宙飞船不可能达到光速,所以飞船内的时间只会变慢,但不会静止,而光就是另外一回事了。

光子是基本粒子,而基本粒子都是不具有静止质量的,不具有静止质量的光子从诞生的那一刻起就能且只能以光速进行运动。所以对于以光速运动的光子而言,时间不仅仅是变慢了,而是完全静止了,也就是说从光子的角度来讲,时间的流逝速度从未发生过变化,因为时间从来也没有流逝过。

现在这个问题的第二个答案已经很明显了,对于光子而言,走一光年并不需要一年的时间,而是一瞬间,不仅是一光年,即便其横跨整个可观测宇宙的930亿光年,依旧只是一瞬间的事情。当然了,这是站在光子的角度来说的,而站在我们的视角来看,它的确需要930亿年才能走完这段距离。

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